Niniejsza publikacja to swoiste kompendium wiedzy na temat zasad projektowania zbiorników żelbetowych. Praktyczne wskazówki dla konstruktorów zostały oparte przede wszystkim na normach europejskich dotyczących projektowania zbiorników oraz obliczania ciśnienia cieczy i parcia materiałów sypkich. Autorki korzystały też z bogatej literatury przedmiotu prezentującej osiągnięcia polskie i zagraniczne oraz z własnego doświadczenia naukowego, projektowego i eksperckiego.

Wprowadzenie XI Podstawowe oznaczenia XV CZĘŚĆ I. KSZTAŁTOWANIE, OBCIĄŻENIA I SIŁY WEWNĘTRZNE, KONSTRUOWANIE, ZBROJENIE, WYKONAWSTWO, AWARIE1 1. Charakterystyka ogólna zbiorników na materiały sypkie 3 1.1. Krótki rys historyczny 3 1.2. Klasyfikacja 9 1.3. Parametry geometryczne i klasyfikacja według normy EC1-4 12 1.4. Operacje technologiczne i zjawiska fizyczne w silosach i ich wpływ na rozwiązania konstrukcyjne 15 1.4.1. Napełnianie 16 1.4.2. Opróżnianie 20 1.4.3. Przepływ materiału podczas opróżniania 26 1.4.4. Wprowadzanie sprężonego powietrza 29 1.4.5. Homogenizacja 30 1.4.6. Wybuchy pyłów 30 1.4.7. Zasypywanie materiału gorącego 31 1.4.8. Mechaniczne ścieranie powierzchni komór 32 1.4.9. Izolacja termiczna 33 1.4.10. Inne instalacje 34 1.5. Charakterystyka konstrukcyjna 34 1.5.1. Silosy smukłe i średniosmukłe 34 1.5.2. Średniosmukłe i niskie silosy na materiały gruboziarniste 47 1.5.3. Silosy retencyjne 52 2. Charakterystyka ogólna zbiorników na ciecze 59 2.1. Informacje wstępne i klasyfikacja 59 2.2. Specyfika zbiorników żelbetowych 65 2.2.1. Szczelność 65 2.2.2. Różnorodność oddziaływań w stadiach eksploatacyjnych i przedeksploatacyjnych 66 2.2.3. Wrażliwość modelu obliczeniowego na przyjętą charakterystykę podłoża gruntowego 67 2.2.4. Trudne warunki eksploatacyjne wpływające na trwałość 67 2.3. Geometria i kształty zbiorników jako konsekwencja ich funkcji – wybrane przykłady 68 2.3.1. Zbiorniki w oczyszczalniach ścieków 68 2.3.2. Zbiorniki wodociągowe 85 2.3.3. Kriogeniczne zbiorniki na gaz płynny 99 2.3.4. Zbiorniki w biogazowniach 101 2.3.5. Baseny pływackie i rekreacyjne 102 3. Oddziaływania i obciążenia wywierane na silosy i zbiorniki na ciecze 105 3.1. Parcie materiału sypkiego 106 3.1.1. Informacje ogólne 106 3.1.2. Klasyczne teorie obliczania parcia materiałów sypkich w silosach smukłych 108 3.1.3. Parcie materiału sypkiego w silosach smukłych według normy EC1-4 110 3.1.4. Parcie materiału sypkiego w silosach średniosmukłych i niskich według normy EC1-4 122 3.1.5. Parcie w silosach retencyjnych według normy EC1-4 130 3.1.6. Dodatkowe zalecenia zawarte w projekcie normy w pr EN1991-4 130 3.1.7. Parcie w silosach na pasze i kiszonki 131 3.1.8. Parcie na leje i dna silosów 133 3.2. Ciśnienie cieczy 140 3.3. Obciążenie gruntem 141 3.3.1. Obciążenie przekrycia zbiorników podziemnych zasypką 141 3.3.2. Parcie gruntu na ściany zbiorników podziemnych i zagłębionych 146 3.3.3. Obciążenie powierzchni nachylonych 148 3.3.4. Tarcie gruntu o ścianę 148 3.3.5. Interakcja między gruntem a zbiornikiem 149 3.4. Obciążenie wiatrem według normy EC1-1-4 159 3.4.1. Prędkość wiatru i szczytowa wartość ciśnienia prędkości 159 3.4.2. Sposoby opisu obciążenia wiatrem 162 3.4.3. Ciśnienie wiatru na konstrukcje 163 3.4.4. Wypadkowa siła wiatru 171 3.5. Obciążenie śniegiem według normy EC1-1-3 176 3.5.1. Charakterystyczne obciążenie dachu śniegiem 176 3.5.2. Współczynnik kształtu dachu 177 3.6. Oddziaływania termiczne 178 3.6.1. Różnica między temperaturami wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni ściany według normy EC1-1-5 179 3.6.2. Różnica między temperaturą pracy konstrukcji a temperaturą początkową według normy EC1-1-5 180 3.6.3. Dodatkowe efekty wynikające z odkształcalności przyściennej warstwy materiału sypkiego w silosie 181 3.6.4. Wpływ temperatury na właściwości materiałów konstrukcyjnych według normy EC2-3 182 3.7. Odkształcenia wymuszone i reologiczne 184 3.7.1. Odkształcenia wynikające ze skurczu betonu 185 3.7.2. Odkształcenia związane z samoociepleniem betonu podczas hydratacji cementu 186 3.7.3. Skutki skurczu i samoocieplenia betonu w silosach i zbiornikach 189 3.7.4. Pełzanie betonu 191 3.8. Obciążenie wyjątkowe spowodowane wybuchem pyłów 192 4. Obliczanie sił wewnętrznych w silosach i zbiornikach w sposób analityczny 199 4.1. Silosy i zbiorniki o przekroju kołowym 201 4.1.1. Dane ogólne 201 4.1.2. Stan błonowy powłoki 202 4.1.3. Stan momentowy powłok 221 4.1.4. Praca tarczowa silosów i zbiorników opartych na słupach 242 4.1.5. Silosy wielokomorowe 244 4.2. Silosy i zbiorniki o przekroju innym niż kołowy 249 4.2.1. Silosy smukłe i średniosmukłe oraz zbiorniki wysokie 249 4.2.2. Komory silosów niskich i zbiorników zwartych 262 4.2.3. Zbiorniki rozległe w planie i silosy retencyjne 273 4.2.4. Zbiorniki w kształcie koryt 274 4.3. Siły wewnętrzne w silosach i zbiornikach od oddziaływań termicznych i odkształceń wymuszonych 275 4.3.1. Informacje ogólne 275 4.3.2. Momenty zginające wywołane różnicą temperatur ΔTM 276 4.3.3. Siły wewnętrzne wywołane ochłodzeniem lub ociepleniem konstrukcji 276 4.3.4. Siły wewnętrzne od odkształceń wymuszonych 277 5. Obliczanie sił wewnętrznych metodą elementów skończonych 285 5.1. Informacje podstawowe 285 5.2. Modelowanie konstrukcji 286 5.3. Układy odniesienia i interpretacja wyników 291 5.4. Modelowanie obciążeń 292 5.4.1. Obciążenia prostopadłe do ścian 292 5.4.2. Obciążenie przekrycia gruntem i śniegiem 294 5.4.3. Obciążenie zbiornika wiatrem 295 5.4.4. Obciążenia termiczne i odkształcenia wymuszone 295 5.5. Modelowanie podłoża gruntowego 295 5.5.1. Modele sprężyste 295 5.5.2. Modele nieliniowe 296 6 Wymiarowanie zbiorników i silosów 299 6.1. Kombinacje oddziaływań 299 6.1.1. Kombinacje oddziaływań w stanach granicznych nośności 299 6.1.2. Kombinacje oddziaływań w stanach granicznych użytkowalności 300 6.2. Sytuacje obliczeniowe 301 6.2.1. Sytuacje obliczeniowe w silosach 301 6.2.2. Sytuacje obliczeniowe w zbiornikach na ciecze 307 6.3. Obliczenia w stanach granicznych nośności 311 6.3.1. Wymiarowane przekroje i ich obciążenie 311 6.3.2. Wyboczenie i efekty drugiego rzędu w ściskanych elementach konstrukcyjnych zbiorników i silosów 314 6.4. Stany graniczne użytkowalności – zarysowanie 316 6.4.1. Przyczyny zarysowań zbiorników i silosów 316 6.4.2. Warunki szczelności 316 6.4.3. Stan graniczny zarysowania 320 6.4.4. Ugięcia (deformacje) ścian 331 6.5. Obliczanie zbiorników w aspekcie współpracy z podłożem gruntowym 332 6.5.1. Kategorie geotechniczne 332 6.5.2. Stany graniczne nośności 333 6.5.3. Stany graniczne użytkowalności 338 7 Szczegóły konstrukcyjne 341 7.1. Podstawowe elementy konstrukcyjne zbiorników i silosów 341 7.1.1. Materiały konstrukcyjne 341 7.1.2. Dna zbiorników oraz silosów podziemnych i zagłębionych 341 7.1.3. Dna i leje silosów i zbiorników nadziemnych 348 7.1.4. Ściany 351 7.1.5. Przekrycie 359 7.2. Przerwy robocze, przerwy skurczowe i dylatacje stałe 361 7.2.1. Przerwy robocze 361 7.2.2. Przerwy skurczowe 365 7.2.3. Dylatacje stałe 367 8. Wykonawstwo zbiorników i silosów 373 8.1. Deskowania 373 8.2. Skład i właściwości betonu 378 8.2.1. Beton do wykonywania silosów 378 8.2.2. Szczelny beton do wykonywania zbiorników na ciecze 379 8.3. Technologiczne zapewnienie szczelności zbiorników na ciecze 382 8.3.1. Uszczelnienie powierzchniowe zbiorników i ochrona przed korozją 382 8.3.2. Przejścia rur przez ściany i dno 386 8.4. Zbiorniki i silosy prefabrykowane 388 8.4.1. Dane ogólne 388 8.4.2. Prefabrykowane przekrycia zbiorników 389 8.4.3. Zbiorniki i silosy z prefabrykatów płaskich lub łupinowych 390 8.4.4. Zbiorniki i silosy z prefabrykatów przestrzennych 394 8.5. Zbiorniki w formie studni opuszczanych 396 8.5.1. Dane ogólne 396 8.5.2. Technologia opuszczania 397 8.5.3. Szczegóły konstrukcyjne 399 8.5.4. Podstawowe zasady obliczeń 401 9. Zbiorniki sprężone 409 9.1. Informacje podstawowe 409 9.2. Technologia sprężania zbiorników i silosów o przekroju kołowym 410 9.2.1. Sprężanie przez nawijanie 410 9.2.2. Sprężanie odcinkowe 412 9.2.3. Sprężanie zbiorników prefabrykowanych 417 9.3. Projektowanie zbiorników sprężonych 418 9.3.1. Zalecenia konstrukcyjne 418 9.3.2. Rola zbrojenia sprężającego i zbrojenia zwykłego 420 9.3.3. Ustalenie przekroju równoleżnikowych cięgien sprężających 421 9.3.4. Straty sprężania 421 9.3.5. Ustalenie niezbędnego poziomu równoleżnikowych naprężeń sprężających 423 9.3.6. Sprawdzenie zbiornika w sytuacjach przejściowych 426 9.4. Sprężanie kopuł przekrywających zbiorniki i silosy 432 10. Awarie i naprawy zbiorników na ciecze i materiały sypkie 437 10.1. Przyczyny uszkodzeń 437 10.1.1. Silosy 437 10.1.2. Zbiorniki na ciecze 443 10.2. Diagnostyka 446 10.3. Metody napraw i wzmocnień zbiorników i silosów 447 10.3.1. Naprawy powierzchniowe 447 10.3.2. Wzmocnienia 448 CZĘŚĆ II. PRZYKŁADY OBLICZENIOWE 457 P1. Smukły silos cylindryczny z dnem płaskim opartym na ścianach 461 P2. Średniosmukły silos cylindryczny na cement zasypywany w stanie gorącym, z dnem płaskim opartym na ścianach, opróżniany przy wspomaganiu aeracją 473 P3. Średniosmukły silos cylindryczny z dnem w postaci stropu grzybkowego, opróżniany niecentrycznie z dużym mimośrodem 494 P4. Niski silos o przekroju kwadratowym ze ścianami opartymi na słupach 504 P5. Zagłębiony otwarty zbiornik prostopadłościenny na wodę z wariantowym ukształtowaniem połączenia ściany z fundamentem 511 P6. Zagłębiony otwarty zbiornik prostopadłościenny na wodę 517 P7. Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz 530 P8. Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz 537 P9. Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz przekryty kopułą 548 P10. Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz o temperaturze 30°C, ze ścianą utwierdzoną w odkształcalnej płycie fundamentowej 555 P11. Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz o temperaturze 30°C, ze ścianą utwierdzoną w odkształcalnej płycie fundamentowej 567 P12. Sprężony zbiornik cylindryczny na ciecz o temperaturze 30°C, ze ścianą utwierdzoną w odkształcalnej płycie fundamentowej 582 CZĘŚĆ III. ZAŁĄCZNIKI 587

Żelbetowe zbiorniki na ciecze i materiały sypkie — Anna Halicka, Dominika Joanna Franczak-Balmas